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1: Ag-O-Cs 2: Cs3Sb 3: Bi-Ag-O-Cs 4: [Cs]Na2KSb 5: Na2KSb 6: K2CsSb 7: GaAs[Cs-O]
图1.1 NEA GaAs光电阴极与其它正电子亲和势光电阴极的量子效率曲线[4]
1.2 国内外GaAs光电阴极性能研究现状
1.2.1 国外GaAs光电阴极性能现状
1.2.2 国内GaAs光电阴极性能现状
1.3 本文研究背景和主要工作
NEA GaAs光电阴极因为具有量子效率比较高、暗电流比较小、积分灵敏度特性优良等特点所以在微光夜视等众领域得到了十分普遍的实际应用。我国对于NEA GaAs光电阴极的学习研究开始于二十世纪优尔七十年代，截止到目前取得了明显长足的进步，但是我国现在研制的三代像增强器还基本处于美国标准三代微光像增强器的基础水平上，光电阴极的光谱灵敏度、像增强器的分辨率等几项基本的指标参数与国外先进水平工艺相比依然存在有较大的差距。本文以此为研究背景，针对我国负电子亲和势 GaAs光电阴极生产制备过程中发现的问题，编写相关程序，提出了一种方便快捷的测试研究手段。本文的主要工作分为以下几个方面：
（1）学习了薄窗口层透射式GaAs光电阴极的光学性能理论。通过运用薄膜物理光学矩阵理论的相关知识，推导计算得出了透射式GaAs光电阴极光学性能（包括反射率、透射率和吸收率）的计算公式，分析了由Si3N4层、Ga1-xAlxAs层和GaAs层组成的三层薄膜系材料的厚度（结构参数）以及光学常数等参数对透射式GaAs光电阴极的光学性能值以及对其性能曲线的影响。
（2）学习了薄窗口层透射式GaAs光电阴极的光电发射性能的相关理论知识，主要是对光电阴极的量子效率的计算方法进行了学习。即在了解一文少数载流子连续性方程的前提下，计算推导了指数掺杂以及均匀掺杂两种掺杂方式下的量子效率的理论计算公式，此次本文中主要是修正了之前的量子效率公式大多没有考虑到光学性能对其影响的误差，因为多层膜系的光学性能是一个关于波长的函数，所以其对量子效率的影响在全波段来说是不同的，因此就需要对量子效率公式进行关于光学性能影响因子的修正。为之后编写程序提供理论依据。
（3）编写程序研制仿真软件并针对光电阴极进行软件仿真。以前面已经推导了的光学性能（包括反射率、透射率和吸收率）与光电发射性能（量子效率）的理论计算公式为依据，利用Matlab软件，编写程序开发了关于光电阴极性能仿真的软件，在确定相关参数取值并输入光电阴极的相关结构参数和光学常数之后，由软件自动计算仿真后给出光学性能与光电发射性能的理论值以及其性能曲线。
2 薄窗口层透射式GaAs光电阴极的光学性能理论与光电发射性能理论
2.1 薄窗口层透射式GaAs光电阴极结构介绍
薄窗口层透射式GaAs光电阴极的工作方式如2.1所示，光电阴极工作时，入射光线从玻璃基底一侧射入到光电阴极，出射电子从GaAs发射层一侧发射射出光电阴极。
2.1 透射式GaAs光电阴极工作方式示意图
透射式GaAs光电阴极是如图2.2所示的四层膜层系结构，由上而下分别是玻璃基底层、Si3N4减反增透层、Ga1-xAlxAs窗口层、GaAs发射层。在这种结构中，大多数情况下玻璃基底的厚度大概在2~5 mm之间，这在薄膜理论中不能被看作薄膜，因此不能用薄膜理论讨论。而Si3N4层、Ga1-xAlxAs层和GaAs层的厚度都在 m量级，可以使用薄膜理论讨论，Si3N4层是无吸收薄膜，Ga1-xAlxAs层和GaAs层是有吸收薄膜，另外，三者结合在一起组成了一个三层膜系，理论上此膜系中存在着多层膜的干涉效应。